KR101369966B1 - 부유식 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 바람에 의해 회전되는 회전날개; 상기 회전날개의 회전력을 이용하여 전력을 발생시키는 발전기; 전체 또는 일부가 공기로 채워지되 하측이 개방된 하부개방공간을 구비하는 부유블록; 상기 발전기와 상기 부유블록을 연결하는 타워;를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 부유블록 내에 공기가 채워지므로 오랜 기간동안 큰 부력을 확보할 수 있고, 무게중심을 낮추고 부력을 측방으로 분산시킴으로써 전복의 우려가 감소되며, 파랑(波浪)을 이용하여 보조전력을 발생시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

부유식 풍력발전장치{Floating wind power generation unit}

본 발명은 부유식 풍력발전기에 관한 것으로, 더 상세하게는 부력이 향상되고 전복의 우려가 감소되도록 구성되는 부유식 풍력발전기에 관한 것이다.

풍력은 지구상에 자연적으로 발생하는 무공해 에너지원으로서, 20세기 이래 전 세계적인 산업화의 영향으로 석탄, 석유 등 화석연료가 점차 고갈되고 화석연료의 사용으로 인한 환경오염이 심각해지면서 최근 무공해 대체 에너지인 풍력을 이용한 발전방식이 더욱 각광을 받고 있다.

풍력발전은 바람의 힘에 의해 회전하는 풍차의 회전력으로 발전기를 돌려 전기를 발생시키는 기술로서, 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열 공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 환경오염의 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.

풍력발전의 종류로는 발전기가 장착되는 지지구조물을 어디에 위치시키는지에 따라 육상 풍력발전과 해상 풍력발전으로 구분되는데, 육상 풍력발전과 해상 풍력발전은 각각 다음과 같은 여러 가지 제약요소들을 가지고 있어 널리 활용되기가 어려웠다.

풍력 발전설비는 설비비가 비싸므로 풍력을 효과적으로 사용하기 위해 설비간의 이격 거리가 필요한데, 육상 풍력 발전에 있어서는 설비간의 이격거리를 확보하기 위하여 넓은 점유 부지가 요구된다. 그 결과 육상 풍력 발전은 부지의 구입이나 임대비용이 많이 발생하게 되고, 부지확보 과정에서 인근 주민의 동의를 얻기가 어려우며 주민동의를 위한 협상과정에서도 적지 않은 비용이 수반된다.

또한, 육상풍력발전의 건설비 중에서 상당 부분을 차지하는 송전설비의 비용을 줄이기 위해서는 여러 대의 풍력 발전 설비들을 집중하여 대단위로 건설하는 것이 좋지만, 우리나라와 같이 평야지대가 많지 않은 현실에서는 부지확보에 제한을 받는다는 문제점이 있다.

또한, 육상풍력은 지형의 영향을 많이 받기 때문에, 해상 풍력발전 설비에 비하여 일반적으로 풍황이 좋지 못하며 위치에 제한을 받는다는 문제점이 있다. 그리고 육상풍력 발전설비는 그 설치 지점의 지반에 따라 기초 공사가 달라져야 한다. 더욱이 육상 풍력에서 풍황이 좋은 곳은 대체적으로 산간 오지의 산마루 지점이어서 기자재 수송 및 설치공사와 관리를 위해 도로와 송전선을 건설해야 하는 등의 비용이 많이 소요되고 실제로도 설치 공사와 유지관리가 어려운 단점이 있다.

이에 비해 해상 풍력발전은 다음과 같은 문제점이 있다.

해상 풍력발전은 발전설비를 해상에 설치하는 방법에 따라 고정식과 부유식으로 나눌 수 있는데, 고정식은 수심이 깊지 않은 바다의 해수면 이하의 수중에 기초공사를 하고 그 기초공사 위에 구조물을 설치한 후 풍차를 비롯한 발전설비를 설치하는 방식이고, 부유식은 해수면 위에 부유물을 띄우고 그 부유물 위에 발전설비를 설치하는 방식이다. 현재까지 실용화되어있는 해상 풍력 발전방식은 주로 고정식으로서 해안 근처의 수중에 지지구조물을 설치하고 그 위에 발전설비를 설치하고 있다.

이와 같은 해상 풍력발전은 공유수면인 바다에 풍력발전설비를 설치하므로 육상 풍력발전에서 문제가 되었던 부지 문제나 설치 규모의 제한 또는 주민 동의 문제가 비교적 적게 발생하고, 해수면의 형상이 일정하므로 주변 지형의 영향을 작게 받아 바람의 상황도 육상 풍력발전에 비하여 좋은 장점이 있다.

그러나 해상 풍력발전방식 중 고정식 해상 풍력발전방식은 수중에 기초를 해야 하므로 공사비가 많이 든다는 점에서 육상풍력에 비해 불리한 점이 있다. 즉, 풍력발전설비를 설치하는 곳이 육지에서 멀어지면 멀어질수록 육지 지형의 영향을 작게 받아 풍황이 좋아지는 장점은 있지만, 이러한 장점에 반비례하여 수심이 깊어짐으로 인해 건설비가 증가하게 되는 것이다. 또한 고정식 육상 풍력 발전 방식에서 특히 문제가 되었던 기초공사의 문제도 해수면 이하의 지질이 일정하지 않아 지반에 따라 기초공사가 달라져야 한다는 점에서 더욱 문제가 된다. 여기에 더하여, 육지에서 멀지 않은 수심이 얕은 해안은 대개 어장으로 활용되고 있으므로, 풍력 발전 설비 고유의 문제점인 소음이 인근 마을까지 영향을 미쳐 민원이 발생할 소지가 있다. 그나마 민원을 극복하고 설치하는 경우에도 해안의 설치가능 면적이 제한됨으로 인해 결국 설치 가능 용량과 대수에 제한을 받게 되는 문제점이 있다.

한편, 해상 부유 풍력발전 방식은 기초 공사를 할 필요 없이 해수면 위에 풍력 발전 설비를 부유시켜 발전하므로, 상술한 고정식 해상 풍력발전 방식이 갖는 문제점들, 특히 수면 이하의 기초 공사와 구조물 제작에 드는 비용 및 육지로부터의 거리가 멀어짐으로 인해 수심에 따른 공사비가 증가되는 문제를 해소할 수 있다. 그리고, 해상 부유 풍력 발전은 해저 지반의 차이에 따르는 기초공사 및 수면 이하 구조물 설치의 문제를 해결해 준다.

그러나 해상 부유 풍력발전 방식은, 태풍과 같은 강한 바람이 회전날개에 가해지는 경우 구조물전체가 전복될 수 있고, 설치 후 오랜 시간이 지나게 되면 부력이 저하되어 침수될 수 있다는 문제가 있다. 또한 풍속이 풍력발전 터빈의 설계기준이상으로 높아지면 발전기를 보호하기 위해 회전날개를 정지시키게 되는데, 정지된 회전날개를 다시 가동시키기 위해서는 보조 전력을 활용해야 한다. 하지만 기존의 부유 구조형식에서는 이러한 문제를 능동적으로 대처하기에는 한계가 있다.
관련 선행기술로는 공개특허공보 제10-2013-0072395호(발명의 명칭: 해상 풍력발전장치, 공개일자: 2013년 07월 02일)와, 제10-2013-0048854호(발명의 명칭: 부유식 해상풍력 발전시스템, 공개일자: 2013년 05월 13일)가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 오랜 기간동안 큰 부력을 확보할 수 있고, 전복의 우려를 감소시킬 수 있으며, 파랑(波浪)을 이용하여 보조전력을 발생시킬 수 있는 부유식 풍력발전장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 바람에 의해 회전되는 회전날개; 상기 회전날개의 회전력을 이용하여 전력을 발생시키는 발전기; 전체 또는 일부가 공기로 채워지되 하측이 개방된 하부개방공간을 구비하는 부유블록; 상기 발전기와 상기 부유블록을 연결하는 타워;를 포함하여 구성된다.

상기 부유블록의 하측에 장착되는 무게추를 더 포함한다.

상기 부유블록은 중심축이 수직을 향하는 원통 형상으로 형성되고, 상기 무게추는 상기 부유블록의 하측 외주면 전체를 감싸도록 장착된다.

상기 하부개방공간은 하나의 부유블록에 복수개 구비되되, 상기 하부개방공간들은 상기 부유블록의 수직 중심축을 중심으로 방사형으로 배열된다.

상기 하부개방공간에 인입되는 공기주머니를 더 포함한다.

상기 공기주머니 내부로의 공기유입 및 공기유출을 제어하는 공기조절밸브를 더 포함한다.

상기 타워의 내부에는, 외부공기가 유출입될 수 있고 상기 하부개방공간 내의 공기가 유출입될 수 있는 격실이 형성되고, 상기 격실을 지나는 공기의 유동에 의해 회전되는 보조날개와, 상기 보조날개의 회전력으로 전력을 발생시키는 보조발전기가 추가로 구비된다.

상기 타워의 내부에는, 외부공기 유입을 위한 공기유입구와 상기 하부개방공간의 공기 유입을 위한 제1 관통공을 구비하는 제1 격실과, 외부로 공기 배출을 위한 공기배출구와 상기 하부개방공간으로 공기 유출을 위한 제2 관통공을 구비하는 제2 격실과, 상기 제1 격실과 제2 격실을 연통시키는 연통홀이 형성되고, 상기 연통홀을 지나는 공기의 유동에 의해 회전되는 보조날개와, 상기 보조날개의 회전력으로 전력을 발생시키는 보조발전기가 추가로 구비된다.

상기 타워는 하나의 부유블록에 쌍으로 구비되고, 상기 한 쌍의 타워에는 상기 발전기와 회전날개가 각각 구비되며, 상기 각 회전날개는 상호 반대방향을 향하도록 설치된다.

본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 부유블록 내에 공기가 채워지므로 오랜 기간동안 큰 부력을 확보할 수 있고, 무게중심을 낮추고 부력을 측방으로 분산시킴으로써 전복의 우려가 감소되며, 파랑(波浪)을 이용하여 보조전력을 발생시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치의 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제2 실시예의 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제3 실시예의 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제4 실시예의 측단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제5 실시예의 측단면도 및 저면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제6 실시예의 측단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제7 실시예의 측단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치의 측단면도이다.

본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 바람이 부는 방향을 향하도록 설치되어 바람의 힘에 의해 회전되는 회전날개(100)와, 상기 회전날개(100)의 회전축과 연결되어 상기 회전날개(100)의 회전력을 전달받아 전력을 발생시키는 발전기(200)와, 수면에 부유되는 부유블록(300)과, 상기 발전기(200)를 부유블록(300)에 결합시키는 타워(400)를 포함하여 구성된다. 상기 회전날개(100)와 발전기(200)는 종래의 부유식 풍력발전장치에도 동일하게 적용되어 있는바, 회전날개(100)와 발전기(200)의 구조 및 작동원리에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이때, 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 부유블록(300) 내부의 전체 또는 일부가 공기로 채워짐으로써, 오랜 시간이 지나더라도 부유블록(300)이 기준치 이상의 부력을 유지할 수 있도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 즉, 상기 부유블록(300) 내부에는 공기가 채워질 수 있는 하부개방공간(310)이 구비되며, 상기 하부개방공간(310)은 하측이 개방된 형상으로 형성된다. 이때 상기 부유블록(300)은 하부개방공간(310)의 개방된측이 하향을 향하도록 수면에 안착되는바, 도 1에 도시된 바와 같이 하부개방공간(310)의 하측 일부에는 물이 차고 하부개방공간(310)의 상측 일부에는 공개로 채워진다.

이와 같이 부유블록(300) 내부에 공기층이 마련되면 상기 부유블록(300)은 별도의 튜브를 추가하지 아니하더라도 큰 부력을 얻게 되므로, 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치의 침수를 방지할 수 있게 된다는 장점이 있다. 또한, 부유블록(300) 내부에 하측이 개방된 형상의 하부개방공간(310)이 형성되면 부유블록(300)을 수면으로 안착시키는 조작만으로 상기 하부개방공간(310)이 공기로 채워지게 되므로, 공기를 채우기 위한 별도의 조작이 필요 없다는 장점이 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이 부유블록(300) 내부의 하부개방공간(310)이 공기로 채워져 부력을 발생시키게 되면, 상기 부력 발생지점의 높이가 부유식 풍력발전장치의 무게중심보다 낮으므로, 부유식 풍력발전장치가 전복될 우려가 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 부력 발생지점(하부개방공간(310) 중 공기로 채워진 부위)의 높이가 부유식 풍력발전장치의 무게중심보다 높아져야 하는데, 상기 부력 발생지점의 높이는 더 이상 높일 수 없으므로, 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치의 무게중심을 낮추는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 무게중심이 낮아질 수 있도록, 상기 부유블록(300)의 하측에 무게추(500)가 장착됨이 바람직하다.

이와 같이 부유블록(300)의 하측에 무게추(500)가 장착되면, 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치의 무게중심을 부력 발생지점(하부개방공간(310) 중 공기로 채워진 부위)보다 낮출 수 있으므로, 부유식 풍력발전장치의 전복을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 이때, 상기 무게추(500)가 너무 가벼우면 부유식 풍력발전장치의 무게중심을 낮추는 효과가 미미하고, 상기 무게추(500)가 너무 무거우면 부유식 풍력발전장치가 침수될 우려가 있으므로, 상기 무게추(500)의 중량은 부유식 풍력발전장치의 규격 및 부력의 크기에 따라 적절하게 선택되어야 할 것이다.

또한, 상기 부유블록(300)은 어느 일측으로 치우쳐 기울어지지 아니하도록 중심축이 수직으로 세워지는 원통 형상으로 형성됨이 바람직하며, 상기 무게추(500)는 부유블록(300) 외측면의 각 방향에 고른 하중을 인가할 수 있도록 상기 부유블록(300)의 하측 외주면 전체를 감싸도록 장착됨이 바람직하다.

도 2는 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제2 실시예의 측단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 부유블록(300)이 수직으로 세워지는 하나의 원통 형상으로 형성되는 경우, 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는 측방 외력이 인가되었을 때 전복될 우려가 있다. 물론, 도 1에 도시된 바와 같이 부유블록(300)의 하측에 무게추(500)를 추가하는 경우 전복의 우려를 감소시킬 수 있으나, 측방으로 인가되는 외력이 매우 큰 경우에는 무게추(500)만으로는 전복을 안정적으로 방지할 수 없는 경우가 발생될 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 하나의 부유블록(300)에 하부개방공간(310)이 수평방향으로 배열되도록 복수개 구비됨이 바람직하다. 이와 같이 복수 개의 하부개방공간(310)이 좌우로 연이어 형성되면, 부유블록(300)이 일측으로 기울어졌을 때 기울어진 측에 형성된 하부개방공간(310)이 물속 깊이 침수되어 큰 부력을 발생시키는바, 상기 부유블록(300)은 원상태로 복귀되고자 하는 힘이 커지게 되어 전복이 방지된다는 이점이 있다. 이때, 부유블록(300)이 어느 방향으로 기울어지더라도 동일한 복원력을 발생시킬 수 있도록, 상기 하부개방공간(310)들은 부유블록(300)의 수직 중심축을 중심으로 방사형으로 배열됨이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제3 실시예의 측단면도이다.

정지된 회전날개(100)를 가동시키기 위해서는 보조 전력이 필요한데, 회전날개(100)가 회전되지 아니하는 상태에서는 상기 발전기(200)가 전력을 발생시키지 못하므로 정지된 회전날개(100)를 다시 가동시키는데 어려움이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 회전날개(100)가 회전하지 아니하는 상태에서도 보조전력을 발생시킬 수 있도록 보조날개(440) 및 상기 보조날개(440)의 회전력으로 전력을 발생시키는 보조발전기(450)가 추가로 구비될 수 있다. 이때, 상기 보조날개(440)는 바람이 불지 아니하는 상태에서도 회전될 수 있도록, 파랑(波浪)에 의해 회전 가능한 구조로 구성됨이 바람직하다.

상기 언급한 바와 같이 보조날개(440)가 파랑에 의해 회전될 수 있도록, 상기 타워(400)의 내부에는 외부공기가 유출입될 수 있고 하부개방공간(310) 내의 공기가 유출입될 수 있는 격실이 형성되고, 상기 보조날개(440)는 격실에 설치된다. 파랑에 의해 하부개방공간(310) 내부의 수위가 상승하면 하부개방공간(310)의 내부에 양압이 발생하여 하부개방공간(310) 내부의 공기는 격실을 지나 외부로 배출되고, 하부개방공간(310) 내부의 수위가 하강하면 하부개방공간(310)의 내부에 진공압이 발생하여 외부의 공기가 격실을 지나 하부개방공간(310)으로 유입된다. 이와 같이 파랑에 의해 하부개방공간(310) 내부의 수위가 변동되면 격실에는 공기의 흐름이 발생되므로, 상기 보조날개(440)가 회전되고 이에 따라 보조발전기(450)가 전력을 발생시킬 수 있게 된다.

한편, 격실 내부를 지나는 공기의 유동방향은 하부개방공간(310) 내부의 수위가 상승 및 하강함에 따라 교번으로 바뀌게 되는데, 이와 같이 공기의 유동방향이 교번으로 바뀌면 보조날개(440)의 회전방향도 교번으로 바뀌게 되므로 발전효율이 매우 낮아지게 된다는 문제가 발생된다. 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는, 하부개방공간(310) 내부의 수위가 상승 및 하강함에 관계없이 보조날개(440)가 항상 한 방향으로만 회전됨으로서, 발전효율이 향상되도록 구성될 수 있다.

이와 같은 동작이 가능하도록, 타워(400) 내부에는 격벽(430)에 의해 구분되는 제1 격실(410) 및 제2 격실(420)이 형성되고, 상기 격벽(430)에는 제1 격실(410)과 제2 격실(420)을 연통시키는 연통홀(432)이 형성된다. 상기 제1 격실(410)에는 외부공기 유입을 위한 공기유입구(412)와 하부개방공간(310)의 공기 유입을 위한 제1 관통공(320)이 구비되고, 상기 제2 격실(420)에는 외부로 공기 배출을 위한 공기배출구(422)와 하부개방공간(310)으로 공기 유출을 위한 제2 관통공(330)이 구비된다. 이때 공기유입구(412)와 공기배출구(422)와 제1 관통공(320)과 제2 관통공(330)에는 각각 체크밸브가 장착되어, 공기유입구(412)에는 제1 격실(410)을 향하는 방향으로만 공기가 지날 수 있고, 공기배출구(422)에는 외부를 향하는 방향으로만 공기가 지날 수 있으며, 제1 관통공(320)에는 하부개방공간(310)에서 제1 격실(410)을 향하는 방향으로만 공기가 지날 수 있고, 제2 관통공(330)에는 제2 격실(420)에서 하부개방공간(310)을 향하는 방향으로만 공기가 지날 수 있다. 한편, 보조날개(440)는 상기 연통홀(432)에 장착되어 연통홀(432)을 지나는 공기의 유동에 의해 회전되도록 구성된다.

상기 언급한 바와 같이 타워(400)와 부유블록(300)이 구성되면, 하부개방공간(310) 내부의 수위가 상승하여 하부개방공간(310)에 양압이 발생되었을 때 하부개방공간(310) 내부의 공기는 제1 관통공(320)을 통해 제1 격실(410)로 유입되고, 연통홀(432)을 통해 제2 격실(420)로 유입된 후 공기배출구(422)를 통해 외부로 배출된다(실선 화살표 참조). 반대로, 하부개방공간(310) 내부의 수위가 하강하여 하부개방공간(310)에 진공압이 발생되면, 외부 공기는 공기유입구(412)를 통해 제1 격실(410)로 유입되고, 연통홀(432)을 통해 제2 격실(420)로 유입된 후 제2 관통공(330)을 통해 하부개방공간(310)으로 유입된다(점선 화살표 참조).

타워(400)와 부유블록(300)이 도 3에 도시된 구조로 구성되면, 하부개방공간(310) 내부의 수위가 상승하는 경우와 하강하는 경우 모두 연통홀(432)에는 제1 격실(410)에서 제2 격실(420)을 향하는 방향으로만 공기가 흐르게 되는바, 보조날개(440)는 항상 일방향으로만 회전하게 되고, 이에 따라 발전 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

이때, 제1 격실(410) 및 제2 격실(420)과 연통되는 하부개방공간(310)은 외부와 연통되므로 내부에 공기가 갇힐 수 없게 되고, 이에 따라 부력을 발생시킬 수 없게 된다. 따라서 상기 제1 격실(410) 및 제2 격실(420)은 다수 개의 하부개방공간(310) 중 어느 하나의 하부개방공간(310)과만 연통되도록 구성되어야 할 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제4 실시예의 측단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제5 실시예의 측단면도 및 저면도이며, 도 7은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제6 실시예의 측단면도이다.

본원발명에 의한 부유식 풍력발전장치가 도 1 및 도 2에 도시된 구조로 구성되면, 하부개방공간(310)에 채워져 있던 공기가 외부로 빠져나가게 되었을 때 별도의 공기 공급장치를 이용하지 아니하고서는 상기 하부개방공간(310)으로 공기를 추가시킬 수 없으므로 부력의 크기가 저하되고, 이에 따라 침수의 우려가 발생된다는 문제점이 있다. 또한, 본원발명에 의한 부유식 풍력발전장치의 부력을 조절하기 위해서는 하부개방공간(310)에 채워져 있는 공기의 양을 조절해야 하는데, 도 1 및 도 2에 도시된 구조에서는 하부개방공간(310)에 채워져 있는 공기의 양을 조절하기 어렵다는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기 하부개방공간(310)에 인입되는 공기주머니(340)가 추가로 구비될 수 있다. 이와 같이 하부개방공간(310)에 공기주머니(340)가 구비되면, 상기 공기주머니(340)가 터지지 아니하는 한 하부개방공간(310) 내부에는 일정량의 공기가 채워져 있는 상태가 유지되므로, 일정 크기의 부력을 유지할 수 있게 된다.

또한 상기 공기주머니(340)에는, 내부의 공기가 외부로 유출 및 유입될 수 있도록 공기조절밸브(350)가 설치될 수 있다. 이와 같이 공기주머니(340)에 공기조절밸브(350)가 설치되면, 사용자는 상기 공기조절밸브(350)를 조작하여 공기주머니(340) 내부의 공기량을 조절할 수 있고, 이에 따라 부력의 크기를 자유롭게 조정할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 이때, 상기 공기조절밸브(350)는 공기의 유출입을 차단 및 차단 해제하기 위한 구성요소로서, 본원발명이 해당하는 기술분야에서 널리 사용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 공기주머니(340)는 도 7에 도시된 바와 같이 보조날개(440) 및 보조발전기(450)가 설치되는 구조에도 추가될 수 있다. 이때, 제1 격실(410) 및 제2 격실(420)과 연통된 하부개방공간(310)은 외부와의 공기 유출입이 자유로워야하므로, 상기 공기주머니(340)는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 격실(410) 및 제2 격실(420)과 연통된 하부개방공간(310)을 제외한 나머지 하부개방공간(310)에만 장착되어야 할 것이다.

도 8은 본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치 제7 실시예의 측단면도이다.

본 발명에 의한 부유식 풍력발전장치는 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 부유블록(300)에 타워(400)가 쌍으로 구비되고, 상기 한 쌍의 타워(400)에 발전기(200)와 회전날개(100)가 각각 별도로 구비될 수 있다. 이때 한 쌍의 회전날개(100)는 해풍 방향을 기준으로 순방향과 역방향으로 각각 설치되어, 해풍이 부는 경우와 육풍이 부는 경우 모두 동일한 발전성능을 나타낼 수 있게 된다. 또한, 상기 한 쌍의 타워(400)가 본 실시예에 도시된 바와 같이 상측으로 갈수록 바깥쪽을 향하도록 경사지게 설치되면, 타워(400)의 무게가 양측으로 분산되는바 전복의 위험이 감소된다는 효과도 얻을 수 있게 된다.

본 실시예에서는 하나의 부유블록(300)에 2개의 타워(400)가 설치되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 타워(400)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 이때, 하나의 부유블록(300)에 셋 이상의 타워(400)가 설치되는 경우, 부유블록(300)의 안정성을 향상시킬 수 있도록 각 타워(400)는 부유블록(300)의 수직 중심축을 중심으로 방사형으로 배치됨이 바람직하다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 회전날개 200 : 발전기
300 : 부유블록 310 : 하부개방공간
320 : 제1 관통공 330 : 제2 관통공
340 : 공기주머니 350 : 공기조절밸브
400 : 타워 410 : 제1 격실
412 : 공기유입구 420 : 제2 격실
422 : 공기배출구 430 : 격벽
432 : 연통홀 440 : 보조날개
450 : 보조발전기 500 : 무게추

Claims (9)

1. 바람에 의해 회전되는 회전날개;
   상기 회전날개의 회전력을 이용하여 전력을 발생시키는 발전기;
   전체 또는 일부가 공기로 채워지되 하측이 개방된 하부개방공간을 구비하는 부유블록;
   상기 발전기와 상기 부유블록을 연결하는 타워;
   를 포함하여 구성되며,
   상기 타워의 내부에는, 외부공기 유입을 위한 공기유입구와 상기 하부개방공간의 공기 유입을 위한 제1 관통공을 구비하는 제1 격실과, 외부로 공기 배출을 위한 공기배출구와 상기 하부개방공간으로 공기 유출을 위한 제2 관통공을 구비하는 제2 격실과, 상기 제1 격실과 제2 격실을 연통시키는 연통홀이 형성되고,
   상기 연통홀을 지나는 공기의 유동에 의해 회전되는 보조날개와, 상기 보조날개의 회전력으로 전력을 발생시키는 보조발전기가 추가로 구비되며,
   상기 공기유입구, 공기배출구 및 제1 관통공, 제2 관통공에는 각각 일방향으로만 유동될 수 있는 체크밸브가 장착되며,
   상기 하부개방공간에서 양압이 발생될 때 상기 공기는, 상기 제1 관통공을 통해 제1 격실로 유입된 후, 연통홀, 제2 격실로 이동되어 공기배출구로 배출되고,
   상기 하부개방공간에서 진공압이 발생될 때 상기 공기는, 상기 공기유입구를 통해 제1 격실로 유입된 후, 연통홀, 제2 격실로 이동되어 제2 관통홀로 배출되어 상기 보조날개는 일방향으로만 회전하는 것을 특징으로 하는 부유식 풍력발전장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 부유블록의 하측에 장착되는 무게추를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 풍력발전장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 부유블록은 중심축이 수직을 향하는 원통 형상으로 형성되고, 상기 무게추는 상기 부유블록의 하측 외주면 전체를 감싸도록 장착되는 것을 특징으로 하는 부유식 풍력발전장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 하부개방공간은 하나의 부유블록에 복수개 구비되되, 상기 하부개방공간들은 상기 부유블록의 수직 중심축을 중심으로 방사형으로 배열되는 것을 특징으로 하는 부유식 풍력발전장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 하부개방공간에 인입되는 공기주머니를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 풍력발전장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 공기주머니 내부로의 공기유입 및 공기유출을 제어하는 공기조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 풍력발전장치.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 타워는 하나의 부유블록에 쌍으로 구비되고,
   상기 한 쌍의 타워에는 상기 발전기와 회전날개가 각각 구비되며,
   상기 각 회전날개는 상호 반대방향을 향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 부유식 풍력발전장치.

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